Двухфокусная оптическая система Советский патент 1987 года по МПК G02B21/18 

2

кусных расстояния f и f положительны, т.е. свет фокусируется в точках , А и Б, (фиг.1).

Разность / фокусных расстояний оптической системы (фиг,1) определяется по формуле

2-f2-f -,

(4)

f, -(B-f)

15

Фазовая пластинка 1 выполнена в виде круговой зонной пластинки с радиусами г колец

7. (5) . ; /1 - основная

Гк ,- f.

11312508

Изобретение относится к приборостроению и предназначено для использования в микроскопах совмещения установок фотолитографии, рентгенолито- графии при производстве полупроводни- 5 ковых приборов.

Цель изобретения - упрощение конструкции, юстировка и уменьшение габаритов системы.

На фиг.1 показана предлагаемая оп- О тическая система и ход лучей через нее; на фиг,2 - оптическая схема двухфокусного микроскопа совмещения для фотолитографических установок. Двухфокусная оптическая система состоит из фазовой пластинки 1 и положительной линзовой системы 2,

Микроскоп совмещения состоит из двухфокусной оптической системы,включающей в себя фазовую пластинку 1 и 20 объектив 2, светоделителя 3,-тубус- ного объектива 4, окуляра 5, перестраиваемого по длине волны светофильтра 6 и осветителя 7, выполнен- ного по схеме Кеплера. В плоскостях 8 и 9 располагаются исследуемые объекты, В плоскости 10 наблюдаются совмещенные изображения.

Работа двухфокусной оптической системы осуществляется следующим образом.

Световой поток проходит фазовую пластинку (ФП) 1 и расщепляется на две сферические водны - сходящуюся в точку, лежащую на оптической оси cnpa-jf ва от ФП на расстоянии f , и сходящуюся в точку, лежащую на оптической оси слева от ФП на расстоянии f от главной плоскости ФП. Пройдя ФП, световой поток поступает к линзовой сие- 40 (4) и (5) расстояние cf опреде-, теме 2, состоящей по меньщей мере из одной линзы, имеющей фокусное расстояние f, меньщее фокусного расстояния ФП

f I f,l.(1)

Фок:усные расстояния всей оптической системы (ФП I и линзы 2) опредегде К 1, 2, 3 длина света.

Фазовый рельеф внутри каждого кольца имеет прямоугольную форму и глубину t равную

t До/2 (п-1), (6) где п - коэффициент преломления материала подложки ФП. При такой форме рельефа ФП световой поток делится поровну между фокальными плоскостями 25 системы. Подставляя в формулу (5) величину фокусного расстояния ФП из формулы (4) получаем выражение для расчета радиусов зон по заданным величинам (f и f

30

г 1 К f V С/+ V (54(E+f)2

(7)

Выражение (7) описывает конструктивные параметры фазовой пластинки и их связь с параметрами линзы.

Расстояние cf между фокусами предлагаемой двухфокусной оптической системы изменяется при изменении длины световой волны. Как следует из

ляется выражением

2-f.-f

45

где

Л,

(f.) - (Е-)П

(8)

Ai

оосновная длина волны, на которую рассчитана ФП; Л длина волны используемого

ляются следующими формулами - f-f.

f

(2)

f - f,-I f-f.

f

(3)

f+f,-

где E - расстояние между главными плоскостями ФП и линзы 2 (фиг.1).Из формул (2) и (3) следует, что если выполняется условие (1), то оба фо2

кусных расстояния f и f положительны, т.е. свет фокусируется в точках А и Б, (фиг.1).

Разность / фокусных расстояний оптической системы (фиг,1) определяется по формуле

2-f2-f -,

(4)

f, -(B-f)

Фазовая пластинка 1 выполнена в виде круговой зонной пластинки с радиусами г колец

7. (5) . ; /1 - основная

Гк ,- f.

где К 1, 2, 3 длина света.

Фазовый рельеф внутри каждого кольца имеет прямоугольную форму и глубину t равную

t До/2 (п-1), (6) где п - коэффициент преломления материала подложки ФП. При такой форме рельефа ФП световой поток делится поровну между фокальными плоскостями системы. Подставляя в формулу (5) величину фокусного расстояния ФП из формулы (4) получаем выражение для расчета радиусов зон по заданным величинам (f и f

(4) и (5) расстояние cf опреде-,

г 1 К f V С/+ V (54(E+f)2

(7)

Выражение (7) описывает конструктивные параметры фазовой пластинки и их связь с параметрами линзы.

Расстояние cf между фокусами предлагаемой двухфокусной оптической системы изменяется при изменении длины световой волны. Как следует из

(4) и (5) р

ляется выражением

(5) расстояние cf опред

Л,

(Е-)П

(8)

где

5

основная длина волны, на которую рассчитана ФП; Л длина волны используемого

света.

Так при fi 10 мм, f 1000 мм, 1 0, расстояние с меняется от 150 до 200 мкм в спектральной области 656-486 нм.

В качестве примера на фиг.2 приведена схема микроскопа совмещения, в котором использована предлагаемая двухфокусная оптическая система. Микроскоп работает следующим образом.

3I3I

Освещение осуществляется с помощью опак-иллюминатора 7. Светофильтр 6 служит для выделения узкой спектральной полосы. Полупрозрачным зеркалом 3 световой поток направляется к двухфокусной оптической системе, состоящей из элементов 1 и 2, фокальш е плоскости которой являются предметными плоскостями микроскопов. Лучи света, пройдя через фотошаблон 9 и отразившись от подложки 8, снова проходят фотошаблон 9, фазовую пластинку 1, объектив 2, светоделительную пластинку 3, попадают на тубусный объектив 4, который строит два совмещенных изображения в одной фокальной плоскости окуляра 5.

Увеличение микроскопа определяется обычным образом для каждой предметной

плоскости

V, . |Ь V

f,

OK

(9)

2

- V

OK

(10)

где f. - фокусное расстояние линзы 4;

Voii увеличение окуляра.

Из выражений (9), (10), ( получают

V

f

1

V, f

.f

Обычно отношение () (V,/Vj) 1,01.

Таким образом, предлагаемая двухфокусная система при использовании в схеме микроскопа обеспечивает одноврменное наблюдение объектов, расположенных в двух разных плоскостях.

Формула изобретения I

Двухфокусная оптическая система, состоящая из оптической линзовой системы, отличающаяся тем, что, с целью упрощения конструкции, юстировки и уменьшения габаритов, последовательно с оптической линзовой системой установлена центрированная относительно оптической оси фазовая пластинка, выполненная в виде зонной пластинки с радиусами зон г , описываемыми выражением

г, V.) ,

где К 1, 2, 3.., - порядковый номер зоны;

f - фокусное расстояние линзовой системы;

Яд- длина волны света; - расстояние между фазовой пластинкой и линзовой системой; (-расстояние между фокусами системы ,

при этом фазовый рельеф каждой зоны пластинки вьтолнен прямоугольным с глубиной i ,

t ;1„/2 - (n-i),

где п - коэффициент преломления материала подложки фазовой пластинки.

10 ,5

Изобретение относится к оптическому приборостроению и позволяет упростить конструкцию, юстировку и уменьшить габариты системы. Фазовая пластинка 1, центрированная относи- . тельно оптической оси, выполнена в виде зонной пластинки с определенными радиусами зон. Фазовый рельеф каждой зоны пластинки вьтолнен прямоугольным глубиной t Яр/2 (п-1), где д - длина волны света, п -коэф. преломления материала подложки фазовой пластинки. Прошедший через фазовую пластинку 1 световой поток фоку-, сируется линзовой системой 2 в точках А и Б, расстояние между которыми зависит от длины световой волны. В фокальной плоскости окуляра строятся тубусным объективом два совмещенных изображения. 2 ил.

Редактор П.Гереши

Составитель Г.Татарникова

Техред л.Сердюкова Корректор С.Черни

Заказ 1970/44 Тираж 522Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушскёя наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4